IronPython und die Dynamic Language Runtime (DLR) Softwareentwicklung mit Python auf der Microsoft Windows Plattform
Klaus Rohe ([email protected]) Microsoft Deutschland GmbH Einige Anmerkungen
• Kein Python Tutorial: • Es werden einige Unterschiede von Python zu C# / Java dargestellt
• Die Eigenschaften, Beispiele und Demos beziehen sich auf die Version IronPython 2.0 Beta 4. Die endgültig freigegebene Version von IronPython 2.0 kann andere Eigenschaften besitzen und sich anders verhalten.
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 2 Agenda • Python
• IronPython & die Dynamic Language Runtime
• Benutzung von .NET Bibliotheken in IronPython • ADO.NET • WPF • Einbetten von IronPython in Applikationen
• Interoperabilität • IronPython & Cpython • Interoperabilität CPython - .NET
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 3 Historie von Python
• Anfang der 1990er Jahre von Guido van Rossum am Zentrum für Mathematik und Informatik Amsterdam als Nachfolger für die Lehrsprache ABC entwickelt • Wurde ursprünglich für das verteilte Betriebssystem Amoeba entwickelt: http://www.cs.vu.nl/pub/amoeba/
• Der Name der Sprache bezieht sich auf die britische Komiker Gruppe Monty Python
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 4 Charakterisierung von Python (1) • Python-Programm wird interpretiert
• Unterstützt mehrere Programmierparadigmen: • Prozedural • Objektorientiert • Funktional • Klare, einfache Syntax
• Portabel, verfügbar auf allen Plattformen mit C-Compiler • Windows, Mac OS, UNIX, LINUX, … • Leicht erweiterbar mit C/C++ Bibliotheken • Z. B. Bibliothek für Win32 und COM
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 5 Charakterisierung von Python (2) • Python wird als dynamische Programmiersprache bezeichnet:
• Python besitzt dynamische Typprüfung
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 6 Python Datentypen
W Object a c h s e None Boolean n d e
K int, float, long complex str, unicode o mp l e
x list tuple set dict i t ä t functions classes modules exceptions type
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 7 Vordefinierte Datentypen in Python
Typ Beispiele str ‘hello world’, “Python” unicode u’a unicode string’ int -3, 3, 4711 long 6624737266949237011120128L, 7L float 0.0, -3.1, 2e100, 2.76e-10 complex 8j, 2 + 3j list [], [1, 2, 3, 4, 5], [1.0, “xxx”, 3] tuple (), (1,), (1, 2, 3) dict {}, {'a': 12, 'b': 'xxx'} set set(), set([1, 2, 3, 4])
NoneType None bool True, False
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 8 Eigenarten der Python-Syntax
• Python erzwingt eine sehr lesbare Formatierung der Programme.
• Ohne „Tabs“ Syntaxfehler!
„Tabs“
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 9 Python: funktional und dynamisch
# Generierung von Funktionen aus lambda-Ausdrücken def funcgen(varlist, expr): lambdastr = 'lambda '
i = 0 for v in varlist: if i == 0: lambdastr = lambdastr + v else: lambdastr = lambdastr + ',' + v i = i + 1
lambdastr = lambdastr + ': ' + expr print lambdastr return eval(lambdastr) g = funcgen(['x', 'y'], '(x + y) ** 3')
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 10 Gründe für Python
• Warum Python?
• Einfach zu lernen und zu benutzen • => steile Lernkurve
• Erlaubt schnelle Entwicklung und Prototyping • => geringe Entwicklungszeit
• Viel Frameworks und Klassenbibliotheken • Web-Anwendungen (Django, …) • Technisch-wissenschaftliche Anwendungen (PIL, Scipy, Sympy, …) • Skriptsprache für Anwendungen wie: GIMP, Blender, ArcGIS, …
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 11 Python Implementierungen
• Das original Python wird auch als CPython bezeichnet (in C implementiert)
• Jython eine Implementierung von Python in Java für die Java JVM • http://www.jython.org/Project/contributors.html
• PyPy ist eine Implementierung von Python in Python • http://codespeak.net/pypy/dist/pypy/doc/home.html
• IronPython Implementierung von Python in C# für .NET
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 12 Etwas Statistik
TIOBE Programming Community Index for September 2008
• A mainstream languages • B < 0.7%
http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 13 Agenda
• Python
• IronPython & die Dynamic Language Runtime
• Benutzung von .NET Bibliotheken in IronPython • ADO.NET • WPF • Einbetten von IronPython in Applikationen
• Interoperabilität • IronPython & Cpython • Interoperabilität CPython - .NET Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 14 IronPython: ein Rückblick
How coTuhled s Mpeiecdro osfo tfht e current have scsryestweemd iusp s oso l obwa dalsy to render that thet hCeL cRu rirs efnatr iwmoprlseem entation thauns ethlees sJ VfoMr afonry thing beyond dynamdiecm laonngsturaagtieosn? purposes. Let me check this out. I will write a short paper - “WhTyh .eN CELTI i sis a, bteyr dreibsilge n, not pfrlaietnfodrlmy tfoo dr ydnyanmamici cla nguages. Protolatynpgeusa gweesr"e built, but ran way too slowly. InfoWorld, Aug. 2003 Jim Hugunin John Udell
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 15 IronPython Versionen • IronPython 1.x • Aktuelle Version: IronPython 1.1.2 • IronPython 2.0 • IronPython 2.0 ist mit der Dynamic Language Runtime (DLR) implementiert • Aktuelle Version: IronPython 2.0 Beta 4 • http://www.codeplex.com/IronPython
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 16 IronPython (1) • IronPython ist als zip-File, msi-Installationspaket oder als Quellcode erhältlich. • Verzeichnisstruktur IronPython 2.0:
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 17 IronPython (2) • ipy.exe: • Ausführen von IronPython-Skripts mit interaktiver Console
• ipyw.exe: • Ausführen von IronPython-Skripts ohne interaktive Console • Umgebungsvariable:
• IRONPYTHONPATH: • Suchpfad für Python-Module
• IRONPYTHONSTARTUP: • Suchpfad für Startup-Module
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 18 IronPython Ausführungsmodell
.NET Python Calls Calls Python Code Framework Libraries Libraries
Compiled by
IronPython Engine C a l
Produces l s
Assembly (in memory) Executed by .NET Runtime
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 19 Entwicklungsumgebung: IronPython Studio • Download: http://www.codeplex.com/IronPythonStudio
• Mit dem VS 2008 SDK implementiert
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 20 IronPython performance: Pystones/second
• Venerable benchmark • Dhrystone in Python • In Lib/test/pystone.py • Only benchmark that ships with Python
• Simple but non-trivial • ~200 lines of code • Most basic Python ops • Very little OO
• 32-bit Vista Enterprise Service Pack 1.0 • .NET 3.5 SP1 (2.0.50727.3053) • AMD x64 X2 4200+4.00 GB RAM • IronPython 2.0 Beta 4
Pystones C python 2.5.2 51275,5 IronPython 2.0 B eta 4 81788,3
Ipy / C py = 1,595
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 21 Demo: IronPython • Commandozeile:
• IronPython Console: ipy.exe
• IronPython Skriptr ausführen: ipyw.exe
• IronPython Studio
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 22 Dynamic Language Runtime (1)
• Plattform zur Implementierung von dynamischen Sprachen auf .NET • Basiert auf Erfahrungen von Jim Hugunin‘s bei der Implementierung von IronPython 1.0 auf .NET
• Die DLR ist ein Aufsatz auf dem .NET Framework und wurde in C# implementiert. IronPython IronRuby … Dynamic Language Runtime (DLR)
.NET Framework 2.0
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 23 Dynamic Language Runtime (2)
• Nutzt die Dienste und Eigenschaften des .NET Frameworks: • Garbage collector • Just-in-time Compiler (JIT) • .NET Bibliotheken • Werkzeuge
• Vereinfachte Beschreibung der DLR: • Gegeben ist ein abstrakter Syntaxbaum (AST). Die DLR führt die Operationen und Konstrukte des Syntaxbaums aus, unter Berücksichtigung der Operationen und Regeln, welche für die Sprache definiert sind. Basisoperationen werden auf CLR Default-Operationen zurückgeführt (Integer-Operationen, …)
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 24 Dynamic Language Runtime (3)
Python Quellkode • Python Quellkode wird in einen „Python“-AST transformiert Python Abstract Syntax Tree • „Python“-AST wird in DLR-AST transformiert DLR Abstract Syntax Tree • DLR-AST wird in IL (Intermediate Language) übersetzt, mittels IL Code CODEDOM, und von der CLR ausgeführt. .NET CLR
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 25 Zusammenfassung DLR
• Die Dynamic System Runtime (DLR) ist die Grundlage für die effiziente und performante Implementierung dynamischer Sprachen mit .NET
• Die DLR bietet Werkzeuge: • Zum eigentlichen Implementieren der Sprache, wie Erzeugen von Abstrakten Syntaxbäumen und effiziente Codegenerierung für die .NET CLR • Erzeugung von „Sprach unabhängigen“ ASTs • Einbetten der Sprache in eigenen Applikationen (Skriptconsolen, …)
• Die Implementierung der DLR befindet sich in den Assemblies: • Microsoft.Scripting.dll • Microsoft.Scripting.Core.dll
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 26 Agenda
• Python
• IronPython & die Dynamic Language Runtime
• Benutzung von .NET Bibliotheken in IronPython • ADO.NET • WPF • Einbetten von IronPython in Applikationen
• Interoperabilität • IronPython & Cpython • Interoperabilität CPython - .NET Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 27 .NET Bibliotheken in IronPython (1)
• In IronPython können sämtliche Klassenbibliotheken des .NET Frameworks benutzt werden.
• In IronPython können die .NET Namensräume von geladenen Assemblies wie Python-Pakete behandelt werden
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 28 .NET Bibliotheken in IronPython (2)
• .NET Assemblies werden wie folgt bekannt gemacht: import clr clr.AddReference("System.Data")
• IRONPYTHONPATH muss die Verzeichnisse enthalten, in denen sich die referenzierten Assemblies befinden
• clr ist ein in IronPython eingebauter Modul, der Methoden zum Referenzieren von .NET Assemblies bereitstellt.
• clr.References gibt eine Liste aller existierenden Referenzen aus.
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 29 Datenbankzugriff mit ADO.NET in IronPython import clr clr.AddReference("System.Data") from System.Data import * from System.Data.SqlClient import * constr = 'Integrated Security=SSPI;Initial Catalog=acronymdb;' constr = constr + 'Data Source=KLROHE04\SQLEXPRESS;Workstation ID=KLROHE04' con = SqlConnection(constr) cmdstr = 'SELECT acrn, meaning FROM acronym WHERE acrn LIKE @SEARCHSTR ORDER BY 1' selcmd = SqlCommand(cmdstr, con) selcmd.Prepare() selcmd.Parameters.Clear() selcmd.Parameters.AddWithValue('@SEARCHSTR', 'A%') con.Open() rd = selcmd.ExecuteReader() i = 0 while rd.Read(): i = i + 1 print rd.GetString(0) + '\t' + rd.GetString(1) print str(i) + ' records retrieved'
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 30 Windows Presentation Foundation (WPF) & IronPython
# Reference the WPF assemblies # Create Button and add a Button Click event handler import clr my_button = Button() clr.AddReferenceByPartialName("PresentationCore") my_button.Content = 'Push Me' clr.AddReferenceByPartialName("PresentationFramework") my_button.FontSize = 24 import System.Windows
# Initialization Constants def clicker(sender, args): Window = System.Windows.Window # Create new label Application = System.Windows.Application my_message = Label() Button = System.Windows.Controls.Button my_message.FontSize = 48 StackPanel = System.Windows.Controls.StackPanel my_message.Content = 'Welcome to IronPython!' Label = System.Windows.Controls.Label # Add label into stack panel of controls Thickness = System.Windows.Thickness my_stack.Children.Add (my_message)
# Create window my_button.Click += clicker my_window = Window() my_stack.Children.Add (my_button) my_window.Title = 'Welcome to IronPython' # Create StackPanel to Layout UI elements # Run application my_stack = StackPanel() my_app = Application() my_stack.Margin = Thickness(15) my_app.Run(my_window) my_window.Content = my_stack
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 31 Agenda
• Python
• IronPython & die Dynamic Language Runtime
• Benutzung von .NET Bibliotheken in IronPython • ADO.NET • WPF • Einbetten von IronPython in Applikationen
• Interoperabilität • IronPython & Cpython • Interoperabilität CPython - .NET Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 32 Einbetten von IronPython in Appliaktionen • Warum IronPython einbetten:
• Ausführbares Programm um eine IronPython Applikation bauen
• Interessanter: • Applikation mit Skript-Fähigkeit ausstatten • Applikation durch IronPython erweiterbar machen
.NET Applikation (C#, …)
IronPython Skripting Engine
Python C# C# OPbyjetchton Object Python ObjCec#t Object C# OPbyjetchton Object Object Object
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 33 Agenda • Python
• IronPython & die Dynamic Language Runtime
• Benutzung von .NET Bibliotheken in IronPython • ADO.NET • WPF • Einbetten von IronPython in Applikationen
• Interoperabilität • IronPython & Cpython • Interoperabilität CPython - .NET
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 34 IronPython & CPython • Kann man die für CPython existierenden umfangreichen Softwarebibliotheken und Frameworks auch in IronPython nutzen?
• Antwort: Im Prinzip ja, aber …
• Bibliotheken/Frameworks, welche nur mit Python implementiert wurden, sollten mit IronPython funktionieren. • Beispiel: Django, Framework zur Web-Entwicklung, vergleichbar mit Rails. • PyCon 2008: Django funktioniert mit IronPython und MS SqlServer: http://www.infoq.com/news/2008/03/django-and-ironpython
• Schwieriger: Python Bibliotheken/Frameworks, die C/C++ Erweiterungen nutzen. • Das sind sehr viele!!
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 35 IronPython & CPython Frameworks mit C/C++ Erweiterungen
• CPython Frameworks mit C/C++ Erweiterungen können nicht direkt in IronPython benutzt werden
• IronClad Projekt: • http://www.resolversystems.com/documentation/index.php/Ironclad • „Ironclad is a project to let IronPython users use CPython C Extensions by acting as the glue between the IronPython interpreter and these extensions.” • Andere Lösungen: • Funktionalitäten über Web-Services verfügbar machen
• Funktionalitäten über CORBA verfügbar machen: • OmniOrb für Cpython • IIOP.NET für Kommunikation von IronPython (.NET) mit dem CORBA Server Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 36 Beipiel: Funktionalitäten von NumPy und SymPy in IronPython nutzen
• NumPy : http://www.scipy.org/NumPy • Mächtiges CPython Framework für Numerik, Lineare Algebra usw.
• SymPy: http://wiki.sympy.org/wiki/Main_Page • CPython Framework für Computeralgebra (CAS) • Es sollen folgende Funktionalitäten für IronPython verfügbar sein: • Symbolisches Differenzieren, Integrieren, Reihenentwicklung einer Funktion • Num. Auswertung einer Funktion für ein Intervall mit def. Schrittweite
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 37 Lösung mit OmniOrb und IIOP.NET
• OmniOrb: Open Source CORBA Implementierung für Cpython
• IronPython nutzt IIOP.NET zur Kommunikation mit dem Server:
• IIOP.NET: Open Source Bibliothek zur Kommunikation mit CORBA oder J2EE Servern über IIOP • Kommandozeilen-Werkzeug IDLToCLSCompiler zur Erzeugung eines .NET Assemblies, welches die IIOP Kommunikation kapselt
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 38 Details der Beispiellösung
// CAS.idl module CAS { typedef sequence
struct xyresult { DoubleList x; DoubleList y; };
interface CASService { string derivative(in string fexpr, in string varname, in long order);
string integral(in string fexpr, in string varname); string expand2series(in string fexpr, in string varname, in long order);
xyresult evaluate(in string fexpr, in double start, in double end, in double step); }; }; OmniOrb IDL-Compiler: IIOP.NET IDL-Compiler: omniidl -bpython CAS.idl IDLToCLSCompiler CAS CAS.idl
CAS CAS .NET Proxy CORBA Python für IIOP Kommunikation Skelleton mit dem CORBA Server
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 39 Architekturschaubild des Beispiels
CPython-Interpreter IronPython-Interpreter
CORBA Server IronPython Kommadozeile (OmniOrb) CAS Wrapper für CAS .NET Proxy Python (IIOPClt.dll) Implementierung IOR CAS .NET Proxy CAS (.NET Assembly: CAS.dll) CORBA Python Skelleton IIOP.NET Runtime (.NET Assembly: ORB IIOPChannel.dll)
IIOP
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 40 The Python for Windows extensions
• Python Win32 Extensions • http://starship.python.net/crew/mhammond • Download: https://sourceforge.net/projects/pywin32/
• PyWin32 ist ein Python-Paket, welches es ermöglicht von Python-Skripts Win32- und COM-Schnittstellen zu nutzen
• Beispiel: • Interaktion eines Python-Skripts mit Excel, Word oder Outlook über die Office COM-Schnittstelle • Jede Komponente mit COM-Schnittstelle
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 41 Beispiel: Python-Skript steuert Excel
from Tkinter import Tk from time import sleep from tkMessageBox import showwarning import win32com.client as win32
warn = lambda app: showwarning(app, 'Exit?‚) RANGE = range(3, 8)
def excel(): app = 'Excel' xl = win32.gencache.EnsureDispatch('%s.Application' % app) ss = xl.Workbooks.Add() sh = ss.ActiveSheet xl.Visible = True sleep(1)
sh.Cells(1,1).Value = 'Python-to-%s Demo' % app sleep(1) for i in RANGE: sh.Cells(i,1).Value = 'Line %d' % i sleep(1) sh.Cells(i+2,1).Value = „Das war‘s dann!"
warn(app) ss.Close(False) xl.Application.Quit()
if __name__=='__main__': Tk().withdraw() excel()
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 42 Zugriff mit PyWin32 auf .NET Komponenten • PyWin32 COM-Schnittstelle kann man benutzen, um .NET Komponenten in CPython aufzurufen
• .NET Komponente muss mit einer COM- Schnittstelle dekoriert werden: • COM Callable Wrapper (CCW), .NET Standardmechanismus, „COM Client ruft .NET Objekt“ Unmanaged Code Managed Code
CCW COM-Client .NET Komponente (CPython + PyWin32)
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 43 Rezept zum Erzeugen eines CCWs
• Visual Studio Projekt vom Type "Class Library„ anlegen • In der Datei AssemblyInfo.cs [assembly: ComVisible(true)] setzen • “Visual Studio 2008 Command Prompt” starten • Strong-Name-Tool zum Generieren eines Schlüssels: • sn –k snk.key • In den Projekteigenschaften klick “signing” und check “Sign the assembly” und Strong- Name-Key-File eingeben, hier: “snk.key” • Assembly im GAC (Global Assembly Cache) installieren: gacutil /i TestLib.dll • tblexp TestLib.dll Type-Library erzeugen • regasm TestLib.dll Type-Library registrieren • oleview Werkzeug zum Auflisten aller registrierten COM-Objekte
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 44 Demo: Zugriff von Cpython auf .NET Assembly
• Visual Studio 2008 C# Library Projekt
• CPython 2.5.2 (IDLE)
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 45 Zusammenfassung
• IronPython ist eine effiziente Implementierung von Python auf dem .NET Framework. • Die Effizienz wird durch die DLR erreicht, einer Erweiterung für das .NET Framework 2.0 (und höher), welche die Implementierung dynamischer Sprache auf .NET vereinfacht. • Mit IronPython können sämtliche Klassenbibliotheken des .NET Framework genutzt werden. • DieInteroperabilität mit von IronPython mit CPython- Bibliotheken ist möglich … • CPython kann über das Zusatzmodul PyWin32 auch .NET Komponenten nutzen
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 46 Infos (1) • Python: http://www.python.org/
• IronPython auf Codeplex: http://www.codeplex.com/IronPython • IronPython, MS SQL, and PEP 249: http://blogs.msdn.com/dinoviehland/archive/2008/03/17/ironpython-ms-sql-and-pep-249.aspx
• Dynamic Languages on .NET: http://www.voidspace.org.uk/ironpython/ACCU2008 • Embedding IronPython: http://www.voidspace.org.uk/ironpython/dlr_hosting.shtml#introduction • IronPython Roadmap: http://devhawk.net/2008/07/17/IronPython+Post+20+Roadmap.aspx
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 47 Infos (2)
• IIOP.NET: http://iiop-net.sourceforge.net/ • Thomas Haug, Es geht auch ohne Seife, Alternativen zu SOAP basierter Kommunikation, Kaffeklatsch das Magazin rund um Software- entwicklung, 03/2008, Seite 8 - 14
• OmniOrb: http://omniorb.sourceforge.net/ • CORBA explained simply: http://www.ciaranmchale.com/corba-explained-simply/
• Sympy: http://code.google.com/p/sympy/
• Scipy, Numpy: http://www.scipy.org/
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 48 Infos (3)
IronPython in Action, M. J. Foord and C.Muirhead MEAP Release: September 2007 Softbound print: January 2009 (est.) 450 pages ISBN: 1-933988-33-9
http://www.manning.com/foord/
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 49 .NET und Visual Studio - weitere Angebote • MSDN – Das Microsoft Developer Network • Nachrichten & Informationen für Entwickler rund um Microsoft Technologien • www.msdn-online.de • Xtopia • 17.-18. November 2008 in Berlin • Die Microsoft-Konferenz für Business, Web Technology, Design & UX. • Programm und Anmeldung unter: www.xtopia-konferenz.de • Microsoft Technical Summit 2008 • 19.-21. November 2008 in Berlin • Microsoft-Technologien, -Produkte und -Services von heute und morgen! • Programm und Anmeldung unter: www.technical-summit.de • Visual Studio Team System Information Day • Regelmäßige ganztägige Informationsveranstaltung von Microsoft • Praxisnahe Demos & viel Raum für Diskussionen • Details & Anmeldung: www.event-team.com/events/visualstudio
Herbstcampus 2008 – Titel des Vortrags 50 Vielen Dank!
Klaus Rohe ([email protected]) Microsoft Deutschland GmbH